Hva er spenning, strøm og motstand: hvordan de brukes i praksis

I elektroteknikk brukes begrepene "strøm", "spenning" og "motstand" for å beskrive prosessene som skjer i elektriske kretser. Hver av dem har sitt eget formål med spesifikke egenskaper.

Elektrisitet

Ordet brukes til å karakterisere bevegelsen av ladede partikler (elektroner, hull, kationer og anioner) gjennom et bestemt medium av et stoff. Retningen og antallet ladningsbærere bestemmer strømmens type og styrke.

Hovedegenskapene til strømmen påvirker dens praktiske anvendelse

En forutsetning for flyten av ladninger er tilstedeværelsen av en krets eller, med andre ord, en lukket sløyfe som skaper forhold for deres bevegelse. Hvis det dannes et tomrom inne i de bevegelige partiklene, stopper deres retningsbevegelse umiddelbart.

Alle brytere og beskyttelser som brukes i elektrisitet fungerer etter dette prinsippet.De skaper et skille mellom de bevegelige kontaktene til de ledende delene og avbryter gjennom denne handlingen strømmen av elektrisk strøm, og slår av enheten.

Innen energi er den vanligste metoden dannelsen av en elektrisk strøm på grunn av bevegelsen av elektroner inne i metaller laget i form av ledninger, dekk eller andre ledende deler.

I tillegg til denne metoden brukes også opprettelsen av strøm inne:

1. gasser og elektrolytiske væsker på grunn av bevegelse av elektroner eller kationer og anioner — ioner med positive og negative ladningstegn;

2. et miljø med vakuum, luft og gasser utsatt for bevegelse av elektroner forårsaket av fenomenet termionisk stråling;

3. halvledermaterialer på grunn av bevegelse av elektroner og hull.

Et elektrisk støt kan oppstå når:

• å påføre en ekstern elektrisk potensialforskjell på ladede partikler;

• varmeledninger som for øyeblikket ikke er superledere;

• forløpet av kjemiske reaksjoner knyttet til frigjøring av nye stoffer;

• effekten av et magnetfelt påført ledningen.

Bølgeformen til den elektriske strømmen kan være:

1. en konstant i form av en rett linje på tidslinjen;

2. en variabel sinusformet harmonisk brønn beskrevet av de grunnleggende trigonometriske relasjonene;

3. meander, omtrent lik en sinusbølge, men med skarpe, utpregede vinkler, som i noen tilfeller kan jevnes godt ut;

4. pulserende, når retningen forblir den samme uten endring, og amplituden periodisk svinger fra null til maksimumsverdien i henhold til en veldefinert lov.

Elektrisk strøm kan være nyttig for en person når:

• omdannet til lysstråling;

• skaper oppvarming av termiske elementer;

• utfører mekanisk arbeid på grunn av tiltrekning eller frastøting av bevegelige anker eller rotasjon av rotorer med drev festet i lagre;

• genererer elektromagnetisk stråling i noen andre tilfeller.

Når elektrisk strøm går gjennom ledninger, kan skade forårsakes av:

• overdreven oppvarming av strømførende kretser og kontakter;

• utdanning virvelstrømmer i de magnetiske kretsene til elektriske maskiner;

• stråling av elektrisitet elektromagnetiske bølger i miljøet og noen lignende fenomener.

Designere av elektriske enheter og utviklere av forskjellige kretser tar hensyn til de listede mulighetene for elektrisk strøm i enhetene sine. For eksempel reduseres de skadelige effektene av virvelstrømmer i transformatorer, motorer og generatorer ved å blande kjernene som brukes til å overføre magnetiske flukser. Samtidig brukes virvelstrømmen med hell til å varme opp mediet i elektriske ovner og mikrobølgeovner som opererer etter induksjonsprinsippet.

En elektrisk vekselstrøm med en sinusformet bølgeform kan ha en annen oscillasjonsfrekvens per tidsenhet - et sekund. Den industrielle frekvensen til elektriske installasjoner i forskjellige land er standardisert med tallene 50 eller 60 hertz. For andre formål innen elektroteknikk og radiovirksomhet brukes signaler:

• lavfrekvent, med lavere verdier;

• høy frekvens, som betydelig overskrider rekkevidden av industrielle enheter.

Det er generelt akseptert at en elektrisk strøm skapes ved bevegelse av ladede partikler i et bestemt makroskopisk medium og kalles en ledningsstrøm... En annen type strøm som kalles konveksjon kan imidlertid oppstå når makroskopisk ladede legemer beveger seg, for eksempel regndråper .

Hvordan elektrisk strøm dannes i metaller

Bevegelsen av elektroner under påvirkning av en konstant kraft påført dem kan sammenlignes med nedstigningen til en fallskjermhopper med åpen baldakin. I begge tilfeller oppnås en jevnt akselerert bevegelse.

Fallskjermhopperen beveger seg på grunn av tyngdekraften mot bakken, som motvirkes av luftmotstandens kraft. Elektroner påvirkes av kraften som påføres dem elektrisk felt, og dens bevegelse hindres av kontinuerlige kollisjoner med andre partikler - ioner av krystallgitter, på grunn av hvilken del av effekten av den påførte kraften er slukket.

I begge tilfeller når gjennomsnittshastigheten til fallskjermhopperen og elektronbevegelsen en konstant verdi.

Dette skaper en ganske unik situasjon hvor hastigheten:

• riktig bevegelse av et elektron bestemmes av en verdi i størrelsesorden 0,1 millimeter per sekund;

• strømmen av elektrisk strøm tilsvarer en mye høyere verdi - forplantningshastigheten til lysbølger: omtrent 300 tusen kilometer per sekund.

Dermed, flyt av elektrisk strøm skapes der en spenning påføres elektronene, og som et resultat begynner de å bevege seg med lysets hastighet inne i det ledende mediet.

Når elektroner beveger seg i krystallgitteret til et metall, oppstår en annen interessant regelmessighet: det kolliderer med omtrent hvert tiende motion.Det vil si at den med hell unngår omtrent 90 % av ionekollisjonene.

Dette fenomenet kan forklares ikke bare av lovene i grunnleggende klassisk fysikk, slik de vanligvis er forstått av folk flest, men også av de ekstra operasjonelle lovene beskrevet av teorien om kvantemekanikk.

Hvis vi kort uttrykker handlingen deres, kan vi forestille oss at bevegelsen av elektroner inne i metaller hindres av tunge «svingende» store ioner som gir ekstra motstand.

Denne effekten er spesielt merkbar ved oppvarming av metaller, når "svingen" av tunge ioner øker og reduserer den elektriske ledningsevnen til krystallgitteret til ledningene.

Derfor, når metaller varmes opp, øker deres elektriske motstand alltid, og når de avkjøles, øker deres ledningsevne. Når temperaturen på metallet faller til kritiske verdier nær verdien av absolutt null, oppstår fenomenet superledning i mange av dem.

Elektrisk strøm, avhengig av verdien, er i stand til å gjøre forskjellige ting. For en kvantitativ vurdering av dens evner, tas en verdi kalt strømstyrke. Dens størrelse i det internasjonale målesystemet er 1 ampere. For å indikere strømstyrken i faglitteraturen er indeksen «I» tatt i bruk.

Spenning

Dette begrepet brukes som en karakteristikk av en fysisk mengde som uttrykker arbeidet som er brukt på å overføre en elektrisk ladning til en testenhet fra ett punkt til et annet uten å endre karakteren av plasseringen av de gjenværende ladningene på de aktive feltkildene.

Siden start- og sluttpunktene har forskjellige energipotensialer, er arbeidet som gjøres for å flytte ladningen, eller spenningen, lik forholdet mellom forskjellen mellom disse potensialene.

Ulike termer og metoder brukes for å beregne spenningen avhengig av strømmene som flyter. Kan ikke være:

1. konstant — i elektrostatiske og konstantstrømkretser;

2. veksel — i kretser med vekselstrøm og sinusformet strøm.

For det andre tilfellet brukes slike tilleggsegenskaper og typer stress som:

• amplitude - det største avviket fra nullposisjonen til abscisseaksen;

• øyeblikkelig verdi, som uttrykkes på et bestemt tidspunkt;

• effektiv, effektiv eller, ellers kalt, rotmiddelverdi, bestemt av det aktive arbeidet utført i en halvperiode;

• rettet gjennomsnittsverdi beregnet modulo den likrettede verdien av en harmonisk periode.

For den kvantitative vurderingen av spenning ble den internasjonale enheten på 1 volt introdusert og symbolet «U» ble dens betegnelse.

Ved transport av elektrisk energi gjennom luftledninger avhenger utformingen av støttene og deres dimensjoner av verdien av spenningen som brukes. Dens verdi mellom lederne av fasene kalles lineær og i forhold til hver leder og jordfase.

Denne regelen gjelder for alle typer flyselskaper.

I innenlandske elektriske nettverk i vårt land er standarden en trefasespenning på 380/220 volt.

Elektrisk motstand

Begrepet brukes for å karakterisere egenskapene til et stoff for å svekke passasjen av en elektrisk strøm gjennom det.I dette tilfellet kan forskjellige miljøer velges, temperaturen på stoffet eller dets dimensjoner kan endres.

I DC-kretser gjør motstanden aktivt arbeid, og det er derfor den kalles aktiv. For hver seksjon er den direkte proporsjonal med den påførte spenningen og omvendt proporsjonal med den passerende strømmen.

Følgende konsepter introduseres i vekselstrømsordninger:

• impedans;

• bølgemotstand.

Elektrisk impedans kalles også kompleks eller komponentimpedans:

• aktiv;

• reaktive.

Reaktivitet kan på sin side være:

• kapasitiv;

• induktiv.

Forbindelsene mellom motstandstrekantens impedanskomponenter er beskrevet.

I en elektrodynamikkberegning bestemmes bølgeimpedansen til en kraftledning av forholdet mellom spenningen fra den innfallende bølgen og verdien av strømmen som passerer langs bølgelinjen.

Resistansverdien er tatt som en internasjonal måleenhet på 1 Ohm.

Forholdet mellom strøm, spenning, motstand

Et klassisk eksempel på å uttrykke forholdet mellom disse egenskapene er en sammenligning med en hydraulisk krets, der bevegelseskraften til livsstrømmen (analog - størrelsen på strømmen) avhenger av verdien av kraften som påføres stemplet (skapt spenning) og karakteren til strømningslinjene, laget av innsnevringer (motstand).

De matematiske lovene som beskriver forholdet mellom elektrisk motstand, strøm og spenning ble først publisert og patentert av Georg Ohm. Han utledet lovene for hele kretsen til den elektriske kretsen og dens seksjon. Se her for flere detaljer: Anvendelse av Ohms lov i praksis

Amperemetre, voltmetre og ohmmetere brukes til å måle de grunnleggende elektriske mengder elektrisitet.

Et amperemeter måler strømmen som flyter gjennom kretsen. Siden den ikke endres i hele det lukkede området, plasseres amperemeteret hvor som helst mellom spenningskilden og brukeren, og skaper en passasje av ladninger gjennom enhetens målehode.

Et voltmeter brukes til å måle spenningen på brukerens terminaler koblet til strømkilden.

Motstandsmålinger med ohmmeter kan kun utføres med brukeren slått av. Dette er fordi ohmmeteret sender ut en kalibrert spenning og måler strømmen som flyter gjennom testhodet, som konverteres til ohm ved å dele spenningen med strømverdien.

Enhver tilkobling av en ekstern laveffektspenning under målingen vil skape ytterligere strømmer og forvrenge resultatet. Tatt i betraktning at de interne kretsene til ohmmeteret har lav effekt, så i tilfelle feil motstandsmålinger ved påføring av en ekstern spenning, svikter enheten ganske ofte på grunn av det faktum at dens interne krets brenner ut.

Å kjenne de grunnleggende egenskapene til strøm, spenning, motstand og forholdet mellom dem gjør at elektrikere kan utføre arbeidet sitt og betjene elektriske systemer pålitelig, og feil som gjøres ender ofte i ulykker og skader.